JP2015033684A - Washing machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加圧された液体を吐出して被洗浄物を洗浄する洗浄機に関する。 The present invention relates to a cleaning machine that discharges pressurized liquid to clean an object to be cleaned.
上記のような洗浄機は、液体を加圧するためのポンプを備える本体および該本体に接続される噴射装置を有し、噴射装置には、本体から圧送された液体が吐出されるノズルが設けられる(特許文献1参照)。なお、洗浄機から吐出(噴射)される液体は、水道水である場合もあれば、洗剤や研磨材などを含む液体である場合もある。そこで、本明細書では、洗浄機から吐出(噴射)される液体を“洗浄液”と総称する場合がある。 The above-described cleaning machine has a main body including a pump for pressurizing the liquid and an injection device connected to the main body, and the injection device is provided with a nozzle for discharging the liquid pumped from the main body. (See Patent Document 1). Note that the liquid discharged (injected) from the cleaning machine may be tap water or a liquid containing a detergent or an abrasive. Therefore, in this specification, the liquid discharged (injected) from the cleaning machine may be collectively referred to as “cleaning liquid”.
従来の洗浄機の一つでは、本体と水道の蛇口とがホースを介して接続される。従来の洗浄機の他の一つには、洗浄液を貯留するタンクが設けられている。前者の洗浄機には洗浄液(水道水)が連続的に供給される。すなわち、作業中に使用可能な洗浄液の量に制限はない。一方、後者の洗浄機では、タンクに貯留されている洗浄液を使い切った場合、作業を中断してタンクに洗浄液を補充しなくてはならない。よって、連続作業時間を延ばすためにはタンク容量を増やすか、単位時間当たりの洗浄液の吐出量を減らす必要がある。しかし、タンク容量を増やすと洗浄機が大型化する。また、大容量のタンクに洗浄液を満載すると、タンクが重くなり、タンクを運ぶ作業者の負担が増す。 In one of the conventional washing machines, the main body and a water tap are connected via a hose. Another conventional cleaning machine is provided with a tank for storing a cleaning liquid. A cleaning liquid (tap water) is continuously supplied to the former cleaning machine. That is, there is no limit to the amount of cleaning liquid that can be used during work. On the other hand, in the latter cleaning machine, when the cleaning liquid stored in the tank is used up, the operation must be interrupted and the tank must be replenished with the cleaning liquid. Therefore, in order to extend the continuous working time, it is necessary to increase the tank capacity or reduce the discharge amount of the cleaning liquid per unit time. However, increasing the tank capacity increases the size of the washing machine. In addition, when a large capacity tank is fully loaded with cleaning liquid, the tank becomes heavier and the burden on the operator who carries the tank increases.
一方、洗浄機の洗浄能力は、洗浄液の圧力(吐出圧力)と洗浄液の量(吐出量)との積(吐出圧力×吐出量)に依存する。よって、単に洗浄液の吐出量を減らすと洗浄能力が低下する。 On the other hand, the cleaning capability of the cleaning machine depends on the product (discharge pressure × discharge amount) of the pressure of the cleaning liquid (discharge pressure) and the amount of the cleaning liquid (discharge amount). Therefore, simply reducing the discharge amount of the cleaning liquid reduces the cleaning ability.
本発明の目的は、洗浄液の吐出量を抑制しつつ、必要十分な洗浄能力を維持することである。 An object of the present invention is to maintain a necessary and sufficient cleaning ability while suppressing the discharge amount of the cleaning liquid.
本発明の洗浄機は、タンクから供給される洗浄液を加圧して吐出する洗浄機であって、洗浄液の吐出圧力(A)が0.5[MPa]以上9.0[MPa]以下であり、洗浄液の吐出圧力(A)[MPa]に対する洗浄液の吐出量(B)[L/min]の比である圧力水量比(A/B)が1.8以上である。 The cleaning machine of the present invention is a cleaning machine that pressurizes and discharges the cleaning liquid supplied from the tank, and the discharge pressure (A) of the cleaning liquid is 0.5 [MPa] or more and 9.0 [MPa] or less, The pressure water amount ratio (A / B), which is the ratio of the discharge amount (B) [L / min] of the cleaning liquid to the discharge pressure (A) [MPa] of the cleaning liquid, is 1.8 or more.
本発明の一態様では、前記吐出圧力(A)が0.5[MPa]以上3.0[MPa]以下である。 In one embodiment of the present invention, the discharge pressure (A) is 0.5 [MPa] or more and 3.0 [MPa] or less.
本発明の他の態様では、前記吐出圧力(A)は最大吐出圧力である。 In another aspect of the invention, the discharge pressure (A) is a maximum discharge pressure.
本発明の他の態様では、前記吐出量(B)が1[L/min]である。 In another aspect of the invention, the discharge amount (B) is 1 [L / min].
本発明の他の態様では、洗浄液が流入する流入口と、洗浄液が吐出される吐出口と、前記流入口と前記吐出口とを連通させる流路と、を備えるノズルを有し、前記流路の直径の最小値が0.9[mm]以下である。 In another aspect of the present invention, the flow path includes a nozzle including an inflow port into which the cleaning liquid flows, a discharge port from which the cleaning liquid is discharged, and a flow path that connects the inflow port and the discharge port. The minimum value of the diameter is 0.9 [mm] or less.
本発明の他の態様では、洗浄機は、洗浄液を貯留するタンク、該タンクから供給される洗浄液を加圧するポンプ、該ポンプの駆動源である電動モータおよび該電動モータの電源である二次電池を備える本体と、前記ノズルを備える噴射装置と、前記本体と前記噴射装置とを接続する管部材と、を有する。 In another aspect of the present invention, the cleaning machine includes a tank that stores cleaning liquid, a pump that pressurizes cleaning liquid supplied from the tank, an electric motor that is a driving source of the pump, and a secondary battery that is a power source of the electric motor. A main body including the nozzle, an injection device including the nozzle, and a pipe member connecting the main body and the injection device.
本発明の他の態様では、前記二次電池は、前記電動モータに140[W]以上の電力を供給可能である。 In another aspect of the present invention, the secondary battery can supply electric power of 140 [W] or more to the electric motor.
本発明の他の態様では、前記二次電池が前記電動モータに供給する前記電力は、前記二次電池の電力を前記電動モータの回転運動へ変換するための第1変換効率(η1)が50%〜80%の場合の電力である。 In another aspect of the present invention, the electric power supplied from the secondary battery to the electric motor has a first conversion efficiency (η1) for converting the electric power of the secondary battery into a rotational motion of the electric motor. It is electric power in the case of% to 80%.
本発明の他の態様では、前記ポンプの駆動に必要な電力が70[W]以上である。 In another aspect of the invention, the electric power required for driving the pump is 70 [W] or more.
本発明の他の態様では、前記ポンプの駆動に必要な前記電力は、前記電動モータの回転運動を前記ポンプの往復運動へ変換するための第2変換効率(η2)が50%〜80%の場合の電力である。 In another aspect of the present invention, the electric power necessary for driving the pump has a second conversion efficiency (η2) for converting the rotational movement of the electric motor into the reciprocating movement of the pump of 50% to 80%. Is the power of the case.
本発明の他の態様では、前記二次電池は、前記電動モータに20[Wh]以上の電力を供給可能である。 In another aspect of the present invention, the secondary battery can supply power of 20 [Wh] or more to the electric motor.
本発明の他の態様では、前記ポンプは前記電動モータにより駆動される単一の往復動部材を含み、前記吐出圧力は前記単一の往復動部材により脈動される。 In another aspect of the invention, the pump includes a single reciprocating member driven by the electric motor, and the discharge pressure is pulsated by the single reciprocating member.
本発明の他の態様では、前記吐出圧力は20%以上の変動率で脈動される。 In another aspect of the invention, the discharge pressure is pulsated with a variation rate of 20% or more.
本発明の他の態様では、前記二次電池は電動工具用である。 In another aspect of the invention, the secondary battery is for a power tool.
本発明の洗浄機は、タンクから供給される洗浄液を加圧して吐出する洗浄機であって、シリンダおよび該シリンダ内に往復動可能に収容されたプランジャを備え、洗浄液を加圧するポンプと、電動モータの回転運動を前記プランジャの往復運動に変換するためのクランクシャフトと、を有する。そして、前記クランクシャフトには、該クランクシャフトと一体回転するカウンタウェイトが設けられている。 The cleaning machine of the present invention is a cleaning machine that pressurizes and discharges the cleaning liquid supplied from a tank, and includes a cylinder and a plunger that is reciprocally accommodated in the cylinder, and a pump that pressurizes the cleaning liquid, and an electric motor A crankshaft for converting the rotational movement of the motor into the reciprocating movement of the plunger. The crankshaft is provided with a counterweight that rotates integrally with the crankshaft.
本発明の洗浄機は、タンクから供給される洗浄液を加圧して吐出する洗浄機であって、シリンダおよび該シリンダ内に往復動可能に収容されたプランジャを備え、洗浄液を加圧するポンプと、電動モータの回転運動を前記プランジャの往復運動に変換する変換機構と、前記ポンプおよび前記変換機構が収容された本体と、管部材を介して前記本体に接続される噴射装置と、前記本体に設けられ、前記管部材の一端が接続される接続口と、前記本体に設けられ、前記ポンプと前記接続口とを連通させる直線状の流路と、を有する。そして、前記プランジャと前記流路とが同一平面内に配置されている。 The cleaning machine of the present invention is a cleaning machine that pressurizes and discharges the cleaning liquid supplied from a tank, and includes a cylinder and a plunger that is reciprocally accommodated in the cylinder, and a pump that pressurizes the cleaning liquid, and an electric motor A conversion mechanism that converts the rotational movement of the motor into a reciprocating movement of the plunger, a main body that houses the pump and the conversion mechanism, an injection device that is connected to the main body via a pipe member, and the main body. And a connection port to which one end of the pipe member is connected, and a linear flow path provided in the main body and communicating the pump and the connection port. And the said plunger and the said flow path are arrange | positioned in the same plane.
本発明によれば、洗浄液の吐出量を抑制しつつ、必要十分な洗浄能力を維持することができる。 According to the present invention, it is possible to maintain a necessary and sufficient cleaning ability while suppressing the discharge amount of the cleaning liquid.
(第1の実施形態)
以下、本発明が適用された洗浄機の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係る洗浄機1は、図1に示される本体20と、図2に示される噴射装置としての洗浄ガン30とを有する。図1に示される本体20と図2に示される洗浄ガン30とは、管部材としての耐圧ホース40(図2)を介して接続される。耐圧ホース40の一端は洗浄ガン30に固定され、耐圧ホース40の他端は本体20(図1)に着脱可能である。
(First embodiment)
Hereinafter, an example of a washing machine to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. The
図1に示されるように、本体20の上にはタンク50が搭載されており、本体20およびタンク50は全体として略直方体形の外観を呈する。本体20の前面には、図2に示される耐圧ホース40の一端が接続される接続口21が設けられている。本体20に設けられているメインスイッチ(不図示)が操作されると、後述するポンプによって加圧された洗浄液が接続口21から吐出され、接続口21に接続されている耐圧ホース40(図2)を介して洗浄ガン30(図2)に供給される。そして、洗浄ガン30に設けられているトリガ31が操作されると、洗浄ガン30に供給された洗浄液が洗浄ガン30の先端から不図示の被洗浄物に向けて吐出される。
As shown in FIG. 1, a
図2に示される洗浄ガン30の先端には、図3に示される金属製のノズル32が内蔵されている。ノズル32は、洗浄ガン30の内部に形成されている接続流路33と連通する流入口34と、洗浄液が吐出(噴射)される吐出口35と、流入口34と吐出口35とを連通させる流路36と、を備えている。すなわち、図2に示される耐圧ホース40を介して洗浄ガン30に供給された洗浄液は、図3に示される接続流路33を介してノズル32に流入する。具体的には、ノズル32の流入口34から該ノズル32内に流入する。ノズル32内に流入した洗浄液は、流路36を通過して吐出口35に至り、吐出口35から外部に吐出される。ここで、ノズル32内に形成されている流路36は、相対的に直径の大きい前部36aと相対的に直径の小さい後部36bとから構成されている。よって、本実施形態では、流路後部36bの直径が流路36の最小径に相当する。もっとも、流路36の直径が一様である実施形態もある。いずれにしても、流路36の直径の最小値は0.9[mm]以下であることが好ましく、本実施形態では0.75[mm]である。すなわち、図3に示される流路後部36bの直径は0.75[mm]である。以下の説明では、流路後部36bの直径を“ノズル径”と呼ぶ場合がある。なお、図3に示されるノズル32では、吐出口35の直径とノズル径とが略同一であるが、吐出口35の直径はノズル径より小さくてもよく、大きくてもよい。
A
流路前部36aの両端には、洗浄液の流れ方向に沿って次第に先細りになるテーパ部がそれぞれ形成されている。また、ノズル32の外周面と洗浄ガン30の内周面との間にはシール部材としてのOリング37が配置され、水密性が高められている。なお、ノズル32の外周面と洗浄ガン30の内周面との間以外の箇所にも適宜シール部材が配置され、水密性が高められている。
At both ends of the flow path
図4に示されるように、タンク50は本体20の上に重ねられている。具体的には、タンク50の底面には複数の凸部51が形成されている一方、本体20の上面には複数の凹部22が形成されている。そして、タンク底面に形成されている凸部51が本体上面に形成されている凹部22に嵌合されることにより、タンク50が位置決めされている。また、図1に示されるように、本体20の前面および背面にはバックル23が設けられている一方、タンク50の前面および背面には係止部52が設けられている。そして、本体20に設けられているバックル23がタンク50に設けられている係止部52に係止されると、タンク50が本体20に固定される。すなわち、バックル23が係止部52に係止されると、本体20とタンク50とが連結されて一体化される。一方、バックル23の係止部52への係止が解除されると、本体20とタンク50との連結が解除され、本体20とタンク50とが分離可能となる。よって、本体20とタンク50との連結を解除した上で、タンク50に設けられている把手53を掴んでタンク50を持ち上げると、タンク50が本体20から分離され、タンク50のみを持ち運ぶことができる。例えば、タンク50に洗浄液(水道水)を入れる場合には、タンク50のみを水道の蛇口が設置されている場所に持ち運ぶことができる。なお、タンク50には捩じ込み式のキャップ54が設けられており、タンク50に洗浄液を入れる場合やタンク50内の洗浄液を捨てる場合などにはキャップ54が取り外される。
As shown in FIG. 4, the
図4,図5に示されるように、本体20には、タンク50から供給される洗浄液を加圧するポンプ60と、ポンプ60の駆動源である電動モータ61と、電動モータ61の電源である電池パック62と、が収容されている。本実施形態における電池パック62は、充電可能な二次電池を収容しており、インパクトドライバ等の電動工具にも装着可能である。本実施形態では、直列接続された4本一組のリチウムイオン電池が並列に二組接続されている。それぞれのリチウムイオン電池の定格電圧は3.6[V]、容量は1.5[Ah]である。すなわち、計8本のリチウムイオン電池が電池パック62に収容されている。換言すれば、電池パック62は、定格電圧14.4[V]、容量3.0[Ah]の電池パックである。なお、二次電池はリチウム電池ではなく、ニッケル水素電池やニッカド電池であってもよい。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
ポンプ60は、シリンダ60aと、シリンダ60a内に往復動可能に収容された往復動部材としてのプランジャ60bと、を備えるプランジャポンプである。電動モータ61の回転運動は、電動モータ61とポンプ60との間に介在する変換機構63によってプランジャ60bの往復運動に変換される。図5に示されるように、電動モータ61はピニオンが形成された出力軸61aを備えており、出力軸61aの近傍にはクランクシャフト64が配置されている。クランクシャフト64は、電動モータ61の出力軸61aに形成されているピニオンと噛合うギヤ64aと、ギヤ64aの一面から突出する第1シャフト部64bおよびギヤ64aの他面から突出する第2シャフト部64cからなる偏心シャフトと、を有する。第1シャフト部64bおよび第2シャフト部64cは、それぞれ軸受によって回転自在に支持されている。また、第1シャフト部64bの中心はギヤ64aの中心と一致している一方、第2シャフト部64cの中心はギヤ64aの中心と一致していない。すなわち、第2シャフト部64cは、ギヤ64aおよび第1シャフト部64bに対して偏心している。第2シャフト部64cは、コンロッド65を介してポンプ60のプランジャ60bに連結されている。具体的には、コンロッド65の一端は第2シャフト部64cに回動可能に連結され、コンロッド65の他端はプランジャ60bに回動可能に連結されている。従って、電動モータ61の出力軸61aが回転すると、第2シャフト部64cがギヤ64aおよび第1シャフト部64bの中心を回転中心として回動し、第2シャフト部64cにコンロッド65を介して連結されているプランジャ60bがシリンダ60a内で往復動する。すなわち、第2シャフト部64cのギヤ64aおよび第1シャフト部64bに対する偏心量がプランジャ60bのストローク量に相当する。
The
ここで、2つ以上のプランジャポンプを備える洗浄機では、それらプランジャポンプの位相をずらすことによって、プランジャの往復動やクランクシャフトの偏心回転に伴う振動を相殺させることができる。しかし、複数のプランジャポンプを駆動するためには大きな電力が必要になる。一方、本実施形態に係る洗浄機1は電池パック62を電源としているので、消費電力をなるべく少なくして連続運転時間を延ばすことが求められる。このため、洗浄機1にはポンプ(プランジャポンプ)60が1つしか設けられていない。すなわち、本実施形態に係る洗浄機1には1プランジャ方式が採用されており、複数のプランジャポンプの位相をずらして振動を相殺させることはできない。そこで、図4,図5に示されるように、本実施形態に係る洗浄機1では、クランクシャフト64にカウンタウェイト66が設けられている。具体的には、第2シャフト部64cの根元にカウンタウェイト66が設けられている。従って、本実施形態に係る洗浄機1では、クランクシャフト64と一体回転するカウンタウェイト66によって、プランジャ60bの往復動やクランクシャフト64の偏心回転に伴う振動が抑制される。
Here, in a washing machine including two or more plunger pumps, vibrations associated with the reciprocating movement of the plunger and the eccentric rotation of the crankshaft can be canceled by shifting the phases of the plunger pumps. However, large electric power is required to drive a plurality of plunger pumps. On the other hand, since the
また、1プランジャ方式が採用されている本実施形態に係る洗浄機1では洗浄液の吐出量が低減される。従来の一般的な洗浄機は、3つのプランジャポンプを備えている。すなわち、従来の洗浄機には3プランジャ方式が採用されている。3プランジャ方式では、3本のプランジャが120度の位相差で往復駆動される。そのため、洗浄液は、ほぼ脈動がない状態で連続的に吐出される。従って、3プランジャ方式を採用する従来の洗浄機は、連続的な高圧吐出が可能である反面、洗浄液の消費量が多い。
Further, in the
これに対し、1プランジャ方式を採用する本実施形態の洗浄機1では、上記した3プランジャ方式の洗浄機の欠点が解決される。また、1プランジャ方式を採用する本実施形態の洗浄機1では、理論上、プランジャ60bが一往復(クランクシャフト64が一回転)する間に洗浄ガン30(ノズル32)から吐出される洗浄液の量(吐出量)が図6に示されるように変動する。すなわち、100%の脈動が発生する。すなわち、本実施形態に係る洗浄機1では、3プランジャ方式の洗浄機と比べて、同一時間内に使用される洗浄液の量が約1/3に低減される。すなわち、吐出圧力を維持しながら洗浄液の消費量が抑制される。
On the other hand, in the
本実施形態に係る洗浄機1では、タンク50に貯留されている洗浄液により洗浄が行われる。すなわち、洗浄液の量には限りがある。一方、従来の洗浄機の多くでは、水道から供給される洗浄液(水道水)によって洗浄が行われる。すなわち、洗浄液は略無限に供給される。従って、従来の洗浄機に3プランジャ方式を採用することに問題はない。一方、タンク50に収容されている洗浄液により洗浄を行う本実施形態の洗浄機1において3プランジャ方式を採用すると、タンク50内の洗浄液を短時間で使い切ってしまう。従って、洗浄液の供給量に限りがあるタンク式の洗浄機1には、3プランジャ方式と同等の吐出圧力を維持しつつ、洗浄液の消費量を低減できる1プランジャ方式が適している。それにより作業時間も長くすることができる。
In the
また、1プランジャ方式では、3プランジャ方式と比べて、往復動部材の摺動抵抗も約1/3に低減される。3プランジャ方式では3本のプランジャが往復駆動されるため、プランジャとプランジャを支持するシリンダとの摺動抵抗が大きく、消費電力が多くなる。これに対して1プランジャ方式を採用する本実施形態の洗浄機1では、上記摺動抵抗が1/3程度に低減されるので、消費電力が少なくなる。すなわち、本実施形態に係る洗浄機1では、プランジャ60bの往復運動、すなわち、電動モータ61の回転効率が向上され、消費電力が少なくなる。
Also, in the 1 plunger system, the sliding resistance of the reciprocating member is reduced to about 1/3 compared to the 3 plunger system. In the three-plunger system, three plungers are driven to reciprocate, so that the sliding resistance between the plunger and the cylinder that supports the plunger is large, and the power consumption increases. On the other hand, in the
本実施形態に係る洗浄機1では、電池パック62からの電力供給により電動モータ61が駆動される。すなわち、電動モータ61に供給される電力には限りがある。一方、従来の洗浄機は商用電源から電力供給を受けているため、電力供給は略無限である。商用電源を電源とする場合には、節電効果が小さい3プランジャ方式を採用しても問題はない。一方、電池パック62を電源とする本実施形態の洗浄機1において3プランジャ方式を採用すると、短時間で電池パック62の電力がなくなり電動モータ61を駆動できなくなってしまう。従って、電力供給に限りがあるコードレスタイプ(電池駆動)の洗浄機1には、3プランジャ方式と同等の吐出圧力を維持しつつ、電動モータ61の回転効率を向上でき、電池パック62の電力消費を抑えることができる1プランジャ方式が適している。それにより作業時間も長くすることができる。
In the
さらに、3プランジャ方式では、3本のプランジャの摺動抵抗に打ち勝つために定格出力が大きな電動モータが必要となり、製品自体が大きく、重量も重くなってしまう。一方、3プランジャ方式に比べてプランジャの本数が少なく、摺動抵抗も少ない1プランジャ方式では、小型の電動モータで十分であり、また、部品点数を減らすことができる。よって、製品自体を小型・軽量とすることができる。要するに、1プランジャ方式を採用する本実施形態の洗浄機1は、小型・軽量であり、かつ、電池パック62で駆動されるコードレスタイプ(商用電源に接続不要)の洗浄機1である。換言すれば、本実施形態の洗浄機1は、手持ちで運搬・作業し易く、使用場所も制限されることがない、使い勝手のよい洗浄機である。
Further, in the three-plunger system, an electric motor having a large rated output is required to overcome the sliding resistance of the three plungers, and the product itself is large and heavy. On the other hand, in the 1 plunger system in which the number of plungers is small and the sliding resistance is small compared to the 3-plunger system, a small electric motor is sufficient, and the number of parts can be reduced. Therefore, the product itself can be reduced in size and weight. In short, the
なお、実際には、図1に示される接続口21は、洗浄液の吐出を妨げる圧力を耐圧ホース40側から受けている。すなわち、流路36の直径の最小値が0.9[mm]以下(本実施形態では0.75[mm])と小さいため、洗浄液が吐出し難い。接続口21の圧力が高まると、耐圧ホース40が膨張して脈動を抑制するため、図6に示すような100%の脈動(流量の変動)は発生しない。
In practice, the
極端な例では、ノズル32から吐出される洗浄液の脈動は、プランジャ60bを高速で往復運動させた場合には0%に近くなり(脈動が小さくなる)、低速で往復運動させた場合には100%に近くなる(脈動が大きくなる)。しかしながら、極端に高速でプランジャ60bを往復運動させると、3プランジャ方式の場合と同様に、洗浄液および電力の消費量が増大する。一方、極端に低速でプランジャ60bを往復運動させると、洗浄能力が不足するとともに、脈動による振動が大きくなる可能性がある。
In an extreme example, the pulsation of the cleaning liquid discharged from the
そこで、本実施形態に係る洗浄機1では、図7に示されるように、ノズル32から吐出される洗浄液の脈動が20%以上、好ましくは、20%〜60%の範囲となるように、プランジャ60bの往復運動(往復回数)、すなわち、電動モータ61の回転速度が制御される。具体的には、電動モータ61の回転速度(回転数)は、1000[rpm]〜5000[rpm]の範囲に制御される。これにより、洗浄液の消費量を抑制しながらも十分な洗浄能力が得られる圧力で洗浄液を吐出させることが可能となる。なお、電動モータ61の回転速度(回転数)が1000[rpm]〜5000[rpm]の範囲である場合、洗浄液の最大吐出圧力は0.5[MPa]〜3.0[MPa]の範囲内になる。なお、本実施形態における吐出圧力は、一般的な水道の圧力(0.3[MPa])より高いものを示している。
Therefore, in the
次に、1プランジャ方式の洗浄機1において、ノズル径が0.75[mm]のときに吐出圧力2.0[MPa]を得るためのプランジャ60bの直径(D),ストローク(S)及び電動モータ61の回転数について詳細に説明する。ポンプ60の性能は、プランジャ60bの直径(D),ストローク(S)及び往復回数(N)に依存し、1分間に吐出される洗浄液の吐出量(B)は式1で表される。
Next, in the 1 plunger
(B)[L/min]=D[mm]×S[mm]×N[rpm]×α・・・(式1) (B) [L / min] = D [mm] × S [mm] × N [rpm] × α (Expression 1)
式1において、直径(D)はプランジャ60bの半径方向の寸法、ストローク(S)はプランジャ60bの死点間の距離、αは係数(一定値)である。プランジャ60bの往復回数(N)が一定(電動モータ61の回転数が一定)の場合、所定の吐出量(B)[L/min]を実現するためには、直径(D)とストローク(S)を調整する必要がある。具体的には、直径(D)を大きくストローク(S)を小さくする、又は、直径(D)を小さくストローク(S)を大きくする。
In
直径(D)を大きくするとプランジャ60bが洗浄液を押し出す面積が増大する。例えば、直径(D)が10[mm]の場合に圧力2.0[MPa]を得るために必要な推力は157[kg](=半径×半径×π×圧力)になる。直径(D)を2[mm]増やした場合には、必要な推力は226[kg]になる。すなわち、直径(D)を2[mm]増やすだけで69[kg]も推力を増やさなければならない。推力を増やすためには電動モータ61を高出力(大型)のものに変更しなければならず、また、反力を受けるシリンダ60aやハウジング(本体20)も強化しなければならなくなる。これによって、洗浄機1の大型化やコストの増大に繋がってしまう。
When the diameter (D) is increased, the area through which the
一方、ストローク(S)を大きくするとプランジャ60bの移動量が増大する。例えば、ストローク(S)を5[mm]延長するためには、クランクシャフト64の半径2.5[mm]延長する必要がある。また、ストローク(S)が5[mm]延長されると、ストローク(S)の延長距離に応じて圧縮室(プランジャ60bの反クランクシャフト64側で洗浄液を溜める部屋)の全長を延長する必要がある。すなわち、ストローク(S)を5[mm]延長すると、計7.5[mm]の延長構造が必要となり、洗浄機1の大型化を招いてしまう。さらに、ストローク(S)を10[mm]延長すると、クランクシャフト64の半径および圧縮室の全長をそれぞれ5[mm]延長する必要がある。
On the other hand, when the stroke (S) is increased, the amount of movement of the
さらに、プランジャ60bの往復回数(N)が一定の場合、1ストロークに掛かる時間は一定Δt[秒]となるため、平均プランジャ速度(U)[m/s]は式2で表すことができる。
Furthermore, when the number of reciprocations (N) of the
U[m/s]=N[rpm]÷60[秒]×(S)[m]×2・・・(式2) U [m / s] = N [rpm] ÷ 60 [seconds] × (S) [m] × 2 (Expression 2)
プランジャ60bの往復回数(N)を2000[rpm]で一定とした場合、速度(U)は、ストローク(S)が5[mm]なら0.33[m/s]、ストローク(S)が10[mm]なら0.67[m/s]となる。すなわち、ストローク(S)が2倍になると、平均プランジャ速度(U)[m/s]も2倍になる。プランジャ60bはシリンダ60a等に接触しながら往復運動する。従って、ストローク(S)を増やすことによって速度が増大すると、より耐摩耗性の高い材料を用いる必要が生じ、コストの増大に繋がってしまう。
When the number of reciprocations (N) of the
次に、プランジャ60bの往復回数(N)が可変の場合を考える。任意の往復回数(N)の場合、所定の吐出量(B)を実現するためには、往復回数(N)と押しのけ容積(J)を調整する必要がある。ここで、押しのけ容積(J)はプランジャ60bの断面積にストローク(S)を乗じたものである。
Next, consider a case where the number of reciprocations (N) of the
往復回数(N)を増やすと、押しのけ容積(J)を小さくすることができるため、プランジャ60bを小型化することができる。プランジャ60bとノズル32との間には耐圧ホース40が介在しているので、この耐圧ホース40が伸縮することで脈動が抑制される。すなわち、洗浄液を高速で(細かく)吐出すると、1プランジャ方式の理論的な吐出波形(図6)に比べて、吐出脈動が小さくなり、吐出量の制限効果が小さくなってしまう。
If the number of reciprocations (N) is increased, the displacement volume (J) can be reduced, and the
一方、往復回数(N)を減らすと、押しのけ容積(J)が大きくなり、プランジャ60bが大きくなってしまう。この場合、吐出脈動は、1プランジャ方式の理論的な吐出波形(図6)に近くなる、すなわち、吐出脈動が大きくなり、吐出量の制限効果を高めることが可能となる。しかし、脈動は振動の発生原因となるため、往復回数(N)が極端に少なくなることは好ましくない。
On the other hand, if the number of reciprocations (N) is reduced, the displacement volume (J) increases and the
従って、プランジャ60bの直径(D),ストローク(S)及び往復回数(N)は、製品の大きさやコスト、吐出量等を考慮し最適に設定する必要がある。本件発明者らは、製品の大型化やコスト増加を抑えながら、吐出量や電力消費量を抑え、振動を抑えることができる最適な範囲を実験的に求めた。その結果、プランジャ直径(D)は5〜20[mm]、ストローク(S)は3〜10[mm]、プランジャ往復回数(N)は1000〜5000[rpm]の範囲内であることが望ましいとの知見を得た。そこで、本実施形態では、ノズル径(最小径)が0.90[mm]以下(好ましくは0.75[mm])のときに、3.0[MPa](好ましくは2.0[MPa])の最大吐出圧力を得るために、プランジャ直径(D)が12[mm]、ストローク(S)が5[mm](クランクシャフト64の偏心量が2.5[mm])、プランジャ往復回数(N)が2000[rpm]に設定されている。さらに、本実施形態では、カウンタウェイト66を設けることにより振動を一層抑えている。
Accordingly, the diameter (D), stroke (S), and number of reciprocations (N) of the
また、1プランジャ方式では、理論上、吐出脈動が図6に示されるように100%となる。しかし、実際には耐圧ホース40が伸縮して蓄圧室の働きをするため、吐出量(脈動)が100%となることはなく、図7に示されるように、脈動は20〜60%の範囲となる。従って、少なくとも、吐出脈動が20〜60%の範囲であれば、従来の3プランジャ方式と比較して吐出量が低減される。 In the 1 plunger system, the discharge pulsation is theoretically 100% as shown in FIG. However, since the pressure hose 40 actually expands and contracts to function as a pressure accumulating chamber, the discharge amount (pulsation) does not become 100%, and the pulsation is in the range of 20 to 60% as shown in FIG. It becomes. Therefore, at least if the discharge pulsation is in the range of 20 to 60%, the discharge amount is reduced as compared with the conventional 3-plunger system.
すなわち、吐出脈動が最大吐出圧力(3.0[MPa])の20〜60%とすると、最小吐出圧力は1.2[MPa]〜2.4[MPa]になる。また、最大吐出圧力が2.0[MPa]であれば、最小吐出圧力は0.8[MPa]〜1.6[MPa]になる。 That is, when the discharge pulsation is 20 to 60% of the maximum discharge pressure (3.0 [MPa]), the minimum discharge pressure is 1.2 [MPa] to 2.4 [MPa]. If the maximum discharge pressure is 2.0 [MPa], the minimum discharge pressure is 0.8 [MPa] to 1.6 [MPa].
ここで、最大吐出圧力が継続時間は、プランジャ60bの一往復中のある時間(瞬間)である。すなわち、洗浄液の吐出圧力が最大である時間以外の時間の方が極めて長い。図7に示されるように、脈動が20%以内(高圧吐出)である時間は、プランジャ60bの一往復中のt1〜t2の領域(時間)であり、脈動が20%以上である時間はそれ以外の領域(時間)である。従って、最大圧力領域を脈動20%以内の領域とすると、脈動20%以内である時間は、プランジャ60bの一往復中の1/4程度の時間であり、吐出量(洗浄液の消費量)が低減される。
Here, the duration of the maximum discharge pressure is a certain time (instant) during one reciprocation of the
以上から、1プランジャ方式の場合、吐出圧力は、プランジャの1ストローク毎に3プランジャ方式と同等のピーク値に昇圧される。このとき、吐出圧力は脈動する。よって、連続的に洗浄液が吐出される3プランジャ方式に比べて洗浄液の消費量が低減される。また、図7に示される領域Aは、実際に吐出される洗浄液の量(吐出量(B))の合計すなわちポンプ60の仕事量を示す。3プランジャ方式に比べると、ポンプ60の仕事量が半分程度(理論上は1/3)になっており、電池パック62の電力消費が抑えられている。
From the above, in the case of the 1 plunger system, the discharge pressure is increased to a peak value equivalent to that of the 3 plunger system for each stroke of the plunger. At this time, the discharge pressure pulsates. Therefore, the consumption of the cleaning liquid is reduced as compared with the 3-plunger method in which the cleaning liquid is continuously discharged. A region A shown in FIG. 7 indicates the total amount of the cleaning liquid actually discharged (discharge amount (B)), that is, the work amount of the
また、本実施形態に係る洗浄機1では、クランクシャフト64によりプランジャ60bが往復駆動される。よって、回転斜板によってプランジャが往復駆動される構成と比べて摺動抵抗がなく、この点においても電力消費が抑制されている。
Further, in the
再び図5を参照する。本体20の内部には、タンク50(図4)とポンプ60とを連通させる第1の流路24が設けられている。また、図4に示されるように、本体20の内部には、ポンプ60と接続口21とを連通させる第2の流路25も設けられている。タンク50に貯留されている洗浄液は、第1の流路24を介してポンプ60に供給され、加圧される。また、ポンプ60によって加圧された洗浄液は第2の流路25を介して接続口21に送られる。そこで、以下の説明では、タンク50とポンプ60とを連通させる第1の流路24を“流入路24”と呼び、ポンプ60と接続口21とを連通させる第2の流路25を“流出路25”と呼ぶ。すなわち、タンク50に貯留されている洗浄液は、流入路24を介してポンプ60に供給されて加圧される。また、ポンプ60によって加圧された洗浄液は、流出路25を介して接続口21に送られる。なお、接続口21に送られた洗浄液が接続口21に接続されている耐圧ホース40を介して洗浄ガン30に供給されることは既述の通りである(図3)。
Refer to FIG. 5 again. Inside the
図5に示されるように、流入路24の一端はシリンダ60aの端面に設けられている入口に接続され、流入路24の他端にはタンク50(図4)に接続される不図示の接続プラグが設けられている。図示は省略するが、タンク50の底面には逆止弁が設けられており、タンク50が図4に示されるように本体20に重ねられると、接続プラグによって逆止弁が開かれ、タンク50と流入路24とが連通する。具体的には、接続プラグによって逆止弁の弁体が押し上げられ、弁座から離れる。すると、弁体と弁座との間に隙間が生じ、この隙間を介してタンク50と流入路24とが連通する。なお、逆止弁には弁体を弁座に押し付けるバネが設けられており、タンク50が本体20から引き上げられると、弁体が自動的に弁座に押付けられて上記隙間が閉じられる。
As shown in FIG. 5, one end of the
シリンダ60aの入口および出口には、それぞれ一方向弁が設けられている。上記のようにしてタンク50と流入路24とが連通された状態でプランジャが後退すると(図4,図5の紙面右側へ移動すると)、シリンダ60aの入口に設けられている一方向弁が開かれる一方、シリンダ60aの出口に設けられている一方向弁が閉じられ、シリンダ60a内に洗浄液が流入する。次いで、プランジャが前進すると(図4,図5の紙面左側へ移動すると)、シリンダ60aの入口および出口に設けられている一方向弁が閉じられ、シリンダ60a内で洗浄液が加圧される。その後、シリンダ60a内の洗浄液の圧力が所定圧力に達すると、シリンダ60aの入口に設けられている一方向弁は閉じられたまま、シリンダ60aの出口に設けられている一方向弁のみが開かれ、加圧された洗浄液がシリンダ60aから流出路25へ送り出される。流出路25に送り出された洗浄液は、流出路25を通して接続口21に送られ、接続口21から吐出される。
One-way valves are provided at the inlet and the outlet of the
図4に示されるように、流出路25は直線状であって、ポンプ60(プランジャ60b)と同一平面内に配置されている。具体的には、プランジャ60bの軸線と流出路25の軸線とは同一平面内に位置している。すなわち、プランジャ60bと流出路25とは互いに平行である。流出路25を直線状に形成するとともに、プランジャ60bと同一平面内に配置することによって、洗浄液の脈動が抑制され、ポンプ60その他の振動が抑制される。
As shown in FIG. 4, the
上記のようにして接続口21から吐出される洗浄液の圧力つまり洗浄液の最大吐出圧力は、0.5[MPa]以上9.0[MPa]以下であることが好ましく、0.5[MPa]以上3.0[MPa]以下であることがさらに好ましい。本実施形態に係る洗浄機1では、洗浄液の吐出圧力が2.0[MPa]に設定されている。
The pressure of the cleaning liquid discharged from the
ここで、接続口21から吐出された洗浄液が接続口21に接続されている耐圧ホース40(図2)を介して洗浄ガン30(図2)に供給されることは既述の通りである。また、洗浄ガン30に供給された洗浄液が図3に示されるノズル32の流入口34から流路36へ流入することも記述の通りである。すなわち、本体20の接続口21とノズル32の流入口34との間には、耐圧ホース40(図2)および接続流路33(図3)によって一連の流路が形成されているが、この一連の流路において圧損は殆ど生じない。換言すれば、接続口21における洗浄液の圧力とノズル32の流入口34における洗浄液の圧力は略同一である。よって、耐圧ホース40(図2)および接続流路33(図3)によって形成される一連の流路内の任意の点における洗浄液の圧力は、接続口21から吐出される洗浄液の圧力と同一視できる。換言すれば、耐圧ホース40(図2)および接続流路33(図3)によって形成される一連の流路内の任意の点において測定される洗浄液の圧力と、接続口21における洗浄液の圧力とは、実質的に同一である。
Here, as described above, the cleaning liquid discharged from the
上記のようにノズル径が0.75[mm]であって、洗浄液の吐出圧力(特に最大吐出圧力)が2.0[MPa]である本実施形態の洗浄機1では、図3に示されるノズル32の吐出口35から1分間当たり1[L](1リットル)の洗浄液が吐出される。換言すれば、洗浄機1における洗浄液の吐出圧力(A)と吐出量(B)との比(A/B)は2.0である。以下の説明では、洗浄液の吐出圧力(A)と吐出量(B)との比(A/B)を“圧力水量比”と呼ぶ場合がある。
As described above, the cleaning
図8に示される表および図9に示されるグラフは、現在市販されている洗浄機に関して本件発明者らが行なった調査の結果を示す表およびグラフである。図8に示される表の上欄は、交流電源によって駆動される複数の洗浄機(以下“AC洗浄機”)における吐出圧力,吐出量,圧力水量比およびノズル径の平均値を示す。表の中欄は、直流電源によって駆動される複数の洗浄機(以下“DC洗浄機”)における吐出圧力,吐出量,圧力水量比およびノズル径の平均値を示す。表の下欄は、本実施形態に係る洗浄機1における吐出圧力,吐出量,圧力水量比およびノズル径を示す。また、図9に示されるグラフは、AC洗浄機,DC洗浄機および本実施形態に係る洗浄機1における吐出圧力とノズル径の関係を示す。
The table shown in FIG. 8 and the graph shown in FIG. 9 are a table and a graph showing the results of an investigation conducted by the present inventors on a currently marketed washing machine. The upper column of the table shown in FIG. 8 shows the average values of the discharge pressure, the discharge amount, the pressure water amount ratio, and the nozzle diameter in a plurality of cleaning machines driven by an AC power source (hereinafter “AC cleaning machine”). The middle column of the table shows the average values of discharge pressure, discharge amount, pressure water amount ratio, and nozzle diameter in a plurality of cleaning machines (hereinafter referred to as “DC cleaning machines”) driven by a DC power source. The lower column of the table shows the discharge pressure, discharge amount, pressure water amount ratio, and nozzle diameter in the
図8に示される表から分かるように、従来の洗浄機における圧力水量比(A/B)の平均値は1.5未満である。特に、従来のDC洗浄機における圧力水量比(A/B)の平均値は0.5未満である。すなわち、従来の洗浄機では、吐出量に対して吐出圧力が低い。強いて言えば、従来の洗浄機は、多量の洗浄液を低圧で吐出する。 As can be seen from the table shown in FIG. 8, the average value of the pressure water ratio (A / B) in the conventional washing machine is less than 1.5. In particular, the average value of the pressure water amount ratio (A / B) in the conventional DC washer is less than 0.5. That is, in the conventional cleaning machine, the discharge pressure is lower than the discharge amount. In other words, a conventional cleaning machine discharges a large amount of cleaning liquid at a low pressure.
これに対し、本実施形態に係る洗浄機1における圧力水量比(A/B)は2.0である。すなわち、本実施形態に係る洗浄機1は、従来の洗浄機に比べて、少量の洗浄液を高圧で吐出する。従って、本実施形態に係る洗浄機1は、従来の洗浄機と同等かそれ以上の洗浄能力を備えている。さらに、タンク容量が同一の場合、本実施形態に係る洗浄機1は、従来の洗浄機よりも長時間に亘って連続使用することができる。
On the other hand, the pressure water amount ratio (A / B) in the
ここで、タンク50を備え電池パック62を電源とするコードレスタイプの洗浄機1において、高圧吐出(水道圧0.3[MPa]以上の吐出圧力)が得られる電池パック62の容量の選定について説明する。
Here, in the cordless
図10に示されるように、洗浄機1の主要構成要素は、電池パック62、電動モータ61及びポンプ60である。電池パック62からの供給電力には限りがあり、その消費電力は電動モータ61やポンプ60の効率等に依存する。
As shown in FIG. 10, main components of the
各要素の変換効率を考えると、図10に示されるように、電池パック62の電力を電動モータ61の回転運動へ変換する第1変換効率(η1)と、電動モータ61の回転運動をポンプ60(プランジャ60b)の往復運動(洗浄液の圧縮運動)へ変換する第2変換効率(η2)が存在する。それらの変換効率は理想的には100%である。しかし、実際には、第1変換効率(η1)は銅損、鉄損、機械損等、第2変換効率(η2)は機械損、配管損等が原因となり100%とはならない。すなわち、各変換効率(η1、η2)に見合った電池パック62、電動モータ61を選定すれば、高圧吐出が可能なコードレスタイプ(電池駆動)の洗浄機1を実現することができる。
Considering the conversion efficiency of each element, as shown in FIG. 10, the first conversion efficiency (η1) for converting the electric power of the
最初に、第2変換効率(η2)に基づいて、ポンプ60を駆動するために必要となるモータ出力について検討する。ポンプ60の駆動に必要な電力W2(モータ出力、第2電力)は、吐出圧力を(A)とし、吐出量を(B)とすると、一般的に式3で表すことができる。
First, based on the second conversion efficiency (η2), the motor output necessary for driving the
W2[W]=(A)[MPa]×(B)[L/min]×1000÷60÷(η2)・・(式3) W2 [W] = (A) [MPa] × (B) [L / min] × 1000 ÷ 60 ÷ (η2) (Equation 3)
ここで、吐出圧力(A)が2.0[MPa]、吐出量(B)が1[L/min]の場合、一般的な洗浄機のポンプ効率と同様に、第2変換効率(η2)を50%〜80%と仮定すると、電力(W2)は約40〜70[W]となる。従って、ポンプ60の駆動に必要な電力(W2)は約40〜70[W]となる。なお、吐出量(B)が1[L/min]で吐出圧力(A)が0.5,3.0,9.0[MPa]の場合のそれぞれの電力(W2)は、約10〜20[W]、約60〜100[W]、約190〜300[W]となる。
Here, when the discharge pressure (A) is 2.0 [MPa] and the discharge amount (B) is 1 [L / min], the second conversion efficiency (η2) is the same as the pump efficiency of a general washing machine. Is 50% to 80%, the power (W2) is about 40 to 70 [W]. Therefore, the electric power (W2) required for driving the
次に、電動モータ61は電池パック62から供給される電力により駆動される。そこで、約40〜70[W]の電力(W2)を得るために必要な電池パック62の電力W1(第1電力)を考える。電力(W2)は、電池パック電力(W1)と第1変換効率(η1)とを乗じた値となることから、電池パック電力(W1)は、電力(W2)を第1変換効率(η1)で除した値となる。
Next, the
ここで、電動モータ61を一般的に最も使用される直流モータとした場合、そのモータ効率は50%〜80%である。そこで、第1変換効率(η1)を50%〜80%と仮定すると、吐出圧力(A)が2.0[MPa]の場合、第1電力(W1)は約50〜140[W]となる。吐出圧力(A)が0.5[MPa]なら約12〜34[W]、3.0[MPa]なら約75〜200[W]、9.0[MPa]なら約240〜600[W]となる。従って、吐出圧力(A)が2.0[MPa]の場合、電力(W2)と電力(W1)の最も効率の悪い組合せにおいて必要な電力(W1)は140[W]になる。なお、電動モータ61をブラシレスモータとするとモータ効率が改善されるので、電力(W1)が140[W]未満でも問題はない。すなわち、電池パック62の最低電力は、使用するモータの種類に応じて適宜設定することができる。
Here, when the
次に、電池パック62について説明する。上記のように、電池パック62に必要とされる電力は、吐出圧力(A)が2.0[MPa]の場合に140[W]である。一方、タンク50に8[L]の洗浄液が収容可能とすると、一回の作業(一回の電池パック62の充電)において8[L]の洗浄液を全て吐出できることが望ましい。従って、洗浄液の吐出量(B)を1[L/min]とすると、電池パック62には18.7[Wh]の電池エネルギが必要となる(140[W]×8[L]÷1[L/min]=1120[W・min])。
Next, the
出力140[W]を得るために必要なリチウムイオン電池の数について考える。リチウムイオン電池セルの定格電圧を3.6[V]、放電電流を20[A]とすると、最低でも2本の電池セルが必要(3.6[V]×2本(直列又は並列)×20[A]=144[W])である。従って、例えば、電池セルが直列に接続された7.2[V]以上の電池パックが使用できる。電動工具で使用される電池パックの定格電圧[V]は、一般的に、3.6,7.2,10.8,14.4,18.0,25.2または36.0[V]である。また、電動工具で使用される電池パックの電池容量[Ah]は、一般的に、1.5,2.0,3.0または4.0[Ah]である。電池電圧は、電池セルの直列接続数、電池容量は電池セルの並列接続数によって異なる。例えば、定格電圧3.6[V]の電池セルを2本直列に接続すると、電池電圧は7.2[V]になる。また、電池容量2.0[Ah]の電池セルを2本並列に接続すると、電池容量は4.0[Ah]となる。電池セルの電圧及び容量はセルメーカーによって様々であるが、定格電圧3.6[V]、容量2.0[Ah]の電池セルを例として説明する。 Consider the number of lithium ion batteries required to obtain an output 140 [W]. If the rated voltage of the lithium ion battery cell is 3.6 [V] and the discharge current is 20 [A], at least two battery cells are required (3.6 [V] × 2 (in series or parallel) × 20 [A] = 144 [W]). Therefore, for example, a battery pack of 7.2 [V] or more in which battery cells are connected in series can be used. The rated voltage [V] of the battery pack used in the power tool is generally 3.6, 7.2, 10.8, 14.4, 18.0, 25.2 or 36.0 [V]. It is. In addition, the battery capacity [Ah] of the battery pack used in the electric tool is generally 1.5, 2.0, 3.0, or 4.0 [Ah]. The battery voltage varies depending on the number of battery cells connected in series, and the battery capacity varies depending on the number of battery cells connected in parallel. For example, when two battery cells having a rated voltage of 3.6 [V] are connected in series, the battery voltage becomes 7.2 [V]. Further, when two battery cells having a battery capacity of 2.0 [Ah] are connected in parallel, the battery capacity is 4.0 [Ah]. Although the voltage and capacity of the battery cell vary depending on the cell manufacturer, a battery cell having a rated voltage of 3.6 [V] and a capacity of 2.0 [Ah] will be described as an example.
例えば、定格電圧14.4[V]、電池容量1.5[Ah]の電池パックの電池エネルギは21.6[Wh]なので、必要な電池エネルギ18.7[Wh]を満たすことができる。すなわち、定格電圧14.4[V]以上の電池パックであれば必要な電池エネルギを満足することができる。なお、定格電圧14.4[V]以下の電池パックであっても電池セルを並列に所定数接続すれば必要な電池エネルギ18.7[Wh]を満足することができる。 For example, since the battery energy of a battery pack with a rated voltage of 14.4 [V] and a battery capacity of 1.5 [Ah] is 21.6 [Wh], the required battery energy of 18.7 [Wh] can be satisfied. That is, if the battery pack has a rated voltage of 14.4 [V] or higher, the required battery energy can be satisfied. Even if the battery pack has a rated voltage of 14.4 [V] or less, the required battery energy of 18.7 [Wh] can be satisfied if a predetermined number of battery cells are connected in parallel.
次に、作業時間を考える。例えば定格電圧14.4[V]、電池容量1.5[Ah]の電池パックの場合、電池エネルギは21.6[Wh]となる。電池パックの最小電力(W1)を140[W]とすると、約9分間(21.6[Wh]×60[分]/140[W])作業を行うことができる。従って、吐出量(B)が1[L/min]であれば、タンク50の洗浄液(8L)を使い切ることができる。すなわち、洗浄機1のタンク50の洗浄液を使い切ることができる時間を確保することができる。
Next, consider working time. For example, in the case of a battery pack with a rated voltage of 14.4 [V] and a battery capacity of 1.5 [Ah], the battery energy is 21.6 [Wh]. When the minimum power (W1) of the battery pack is 140 [W], the work can be performed for about 9 minutes (21.6 [Wh] × 60 [min] / 140 [W]). Therefore, if the discharge amount (B) is 1 [L / min], the cleaning liquid (8 L) in the
以上のように、必要な電池出力140[W]および電池エネルギ18.7[Wh]を満たし、8[L]の洗浄液を使い切るために必要な作業時間を確保するために必要な電池パック62の定格電圧[V]、電池容量[Ah]、電池エネルギ[Wh]及び作業時間[分]は、図11の表に示されるようになる。このとき、吐出圧力(A)は2.0[MPa]、吐出量(B)は1[L/min]、電池出力(W1)は140[W]、平均放電電流(I)は20[A](電池セル当たり)とする。
As described above, the
なお、本実施形態における電池パック62の定格電圧は14.4[V]であり、電池容量は3.0[Ah]又は4.0[Ah]である。よって、タンク50に貯留される8[L]の洗浄液を使い切るのに十分な作業時間を確保できる。
In this embodiment, the rated voltage of the
以上より、電池パック62から電動モータ61への第1変換効率η1(50〜80%)、電動モータ61からポンプ60への第2変換効率η2(50〜80%)を考慮し、洗浄機1を電池パック62によって駆動するために必要な最低限の電力(W2)を70[W]と算出し、電池パック電力(W1)を140[W]と算出した。なお、算出においては、吐出圧力(A)が2.0[MPa]、吐出量(B)は1[L/min])であることを前提とした。すなわち、電力(W2)を70[W]以上、電池パック電力(W1)を140[W]以上とすることにより、コードレスタイプの洗浄機1を提供することができる。さらに、140[W]以上の出力を有し、18.7[Wh]以上の電池エネルギを有すれば、タンク50に貯留される洗浄液をすべて吐出することができる。なお、本実施形態では、電動モータ61を整流子直流モータとして説明したため、変換効率を50%〜80%としたが、ブラシレスモータとすれば変換効率が向上し(80%以上)、電池パック62に必要な電力を抑えることができる。ブラシレスモータの変換効率(η1)を90%と仮定すると、電力(W2)は約40〜70[W]以上(変換効率(η2)が50%〜80%)、電池パック電力(W1)は約40〜80[W]となる。すなわち、最も効率の悪い場合であっても、必要な電池パック電力(W1)は約80[W]で済む。
From the above, the
以上のように、本実施形態に係る洗浄機1では、ポンプ60(プランジャ)を1つとすることで、電池パック62の消費電力および洗浄液の吐出量が低減され、かつ、必要十分な洗浄能力が維持されている。かかる特徴を有する本実施形態の洗浄機1は、特に屋内での使用に適している。具体的には、エアコン室内機や網戸などの洗浄つまりハウスクリーニングに適している。何故なら、吐出量が多い洗浄機を屋内で使用すると、吐出された洗浄液が床に垂れて床が汚れる虞がある。また、床の汚れを防止するために予めビニールシートなどを床に敷いた場合、大量の洗浄液がビニールシートの上に溜まり、その後処理に手間や時間を要する。この点、少ない吐出量で高い洗浄能力を有する本実施形態の洗浄機1によれば、上記のような不都合が発生する可能性は極めて低い。特に吐出圧力が0.5[MPa]〜3.0[MPa]の場合には、吐出圧力が高くなり過ぎることも、低くなり過ぎることもない。エアコン室内機や網戸などを圧力で破損させることなく洗浄することができる。また、洗浄液が洗浄物に当たって跳ね返ることもない。ちなみに、図8に示されるように、一般的なAC洗浄機の平均吐出圧力は5[MPa]以上であり、一般的なDC洗浄機の平均吐出圧力は0.6[MPa]以下である。もっとも、本実施形態の洗浄機1が屋内のみでなく、屋外でも使用可能であることは勿論である。
As described above, in the
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前記実施の形態に係る洗浄機1では、洗浄液の吐出圧力(A)は2.0[MPa],洗浄液の吐出量(B)は1[L/min],圧力水量比(A/B)は2.0,ノズル径は0.75[mm]であった。しかし、上記数値は一例であって、洗浄液の吐出圧力(特に最大吐出圧力)が0.5[MPa]以上9.0[MPa]の範囲内において、圧力水量比(A/B)が1.8以上であれば、少ない吐出量で必要十分な洗浄能力が得られることが本件発明者らによって行なわれた調査や試験によって確認されている。ここで、必要十分な洗浄能力とは、主にハウスクリーニングに使用する際に要求される洗浄能力を基準としている。すなわち、従来よりも少ない吐出量で、エアコン室内機,網戸,窓,浴槽,台所のシンク,レンジフードなどを洗浄するのに必要十分な洗浄能力が得られる。そこで、上記条件を満たす吐出圧力,吐出量,圧力水量比,ノズル径の組み合わせの幾つかの一例を図12に示す。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the
また、前記実施の形態に係る洗浄機1では、図5に示されるように、ポンプ60(シリンダ60aおよびプランジャ60b)と流出路25とが上下に並んで配置されている。しかし、図13に示されるように、ポンプ60(シリンダ60aおよびプランジャ60b)と流出路25とを一列に並べて配置してもよい。すなわち、シリンダ60aの出口と接続口21とを一直線に結んでもよい。かかる配置によれば、洗浄液の脈動がさらに抑制され、ポンプ60その他の振動もさらに抑制される。なお、図13に示される配置においても、プランジャ60bと流出路25とが同一平面内に位置していることは明らかである。
Moreover, in the
前記実施の形態に係る洗浄機1が備えるポンプ60は、ギヤポンプやダイヤフラムポンプに置換することができる。もっとも、ギヤポンプやダイヤフラムポンプは、プランジャポンプに比べて脈動が少ない。すなわち、カウンタウェイト66や直線的な流出路25は、ポンプ60がプランジャポンプである場合に特に有効である。
The
1 洗浄機
20 本体
21 接続口
22 凹部
23 バックル
24 第1の流路(流入路)
25 第2の流路(流出路)
30 洗浄ガン
31 トリガ
32 ノズル
33 接続流路
34 流入口
35 吐出口
36 流路
36a 流路前部
36b 流路後部
37 Oリング
40 耐圧ホース
50 タンク
51 凸部
52 係止部
53 把手
54 キャップ
60 ポンプ
60a シリンダ
61 電動モータ
61a 出力軸
62 電池パック
63 変換機構
64 クランクシャフト
64a ギヤ
64b 第1シャフト部
64c 第2シャフト部
65 コンロッド
66 カウンタウェイト
DESCRIPTION OF
25 Second channel (outflow channel)
30
Claims (16)
洗浄液の吐出圧力(A)が0.5[MPa]以上9.0[MPa]以下であり、
洗浄液の吐出圧力(A)[MPa]に対する洗浄液の吐出量(B)[L/min]の比である圧力水量比(A/B)が1.8以上である、
洗浄機。 A cleaning machine that pressurizes and discharges cleaning liquid supplied from a tank,
The discharge pressure (A) of the cleaning liquid is 0.5 [MPa] or more and 9.0 [MPa] or less,
The pressure water amount ratio (A / B), which is the ratio of the discharge amount (B) [L / min] of the cleaning liquid to the discharge pressure (A) [MPa] of the cleaning liquid, is 1.8 or more.
washing machine.
前記流路の直径の最小値が0.9[mm]以下である、
請求項1記載の洗浄機。 A nozzle comprising an inlet through which the cleaning liquid flows, a discharge outlet from which the cleaning liquid is discharged, and a flow path that connects the inlet and the outlet;
The minimum value of the diameter of the flow path is 0.9 [mm] or less,
The washer according to claim 1.
前記ノズルを備える噴射装置と、
前記本体と前記噴射装置とを接続する管部材と、を有する、
請求項1〜5のいずれかに記載の洗浄機。 A tank that stores the cleaning liquid, a pump that pressurizes the cleaning liquid supplied from the tank, an electric motor that is a driving source of the pump, and a main body that includes a secondary battery that is a power source of the electric motor;
An injection device comprising the nozzle;
A pipe member connecting the main body and the injection device,
The washer according to any one of claims 1 to 5.
前記吐出圧力は前記単一の往復動部材により脈動される、請求項6記載の洗浄機。 The pump includes a single reciprocating member driven by the electric motor;
The washing machine according to claim 6, wherein the discharge pressure is pulsated by the single reciprocating member.
シリンダおよび該シリンダ内に往復動可能に収容されたプランジャを備え、洗浄液を加圧するポンプと、
電動モータの回転運動を前記プランジャの往復運動に変換するためのクランクシャフトと、を有し、
前記クランクシャフトには、該クランクシャフトと一体回転するカウンタウェイトが設けられている、
洗浄機。 A cleaning machine that pressurizes and discharges cleaning liquid supplied from a tank,
A pump including a cylinder and a plunger accommodated in the cylinder so as to be reciprocally movable, and pressurizing the cleaning liquid;
A crankshaft for converting the rotary motion of the electric motor into the reciprocating motion of the plunger,
The crankshaft is provided with a counterweight that rotates integrally with the crankshaft.
washing machine.
シリンダおよび該シリンダ内に往復動可能に収容されたプランジャを備え、洗浄液を加圧するポンプと、
電動モータの回転運動を前記プランジャの往復運動に変換する変換機構と、
前記ポンプおよび前記変換機構が収容された本体と、
管部材を介して前記本体に接続される噴射装置と、
前記本体に設けられ、前記管部材の一端が接続される接続口と、
前記本体に設けられ、前記ポンプと前記接続口とを連通させる直線状の流路と、を有し、
前記プランジャと前記流路とが同一平面内に配置されている、
洗浄機。 A cleaning machine that pressurizes and discharges cleaning liquid supplied from a tank,
A pump including a cylinder and a plunger accommodated in the cylinder so as to be reciprocally movable, and pressurizing the cleaning liquid;
A conversion mechanism for converting the rotary motion of the electric motor into the reciprocating motion of the plunger;
A main body containing the pump and the conversion mechanism;
An injection device connected to the main body via a pipe member;
A connection port provided in the main body and connected to one end of the pipe member;
A linear flow path provided in the main body for communicating the pump and the connection port;
The plunger and the flow path are arranged in the same plane,
washing machine.
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